离子束加工原理与电子束加工类似，也是在真空条件下，将Ar、Kr、Xe等情性气体通过离子源电离产生离子束，并经过加速、集束、聚焦后，投射到工件表面的加工部位，以实现去除加工。所不同的是离子的质量比电子的质量大成千上万倍，例如最小的氢离子，其质量是电子质量的1840倍，氖离子的质量是电子质量的7.2万倍。由于离子的质量大，故在同样的速度下，离子束比电子束具有更大的能量。
高速电子撞击工件材料时，因电子质量小速度大，动能几乎全部转化为热能，使工件材料局部熔化、气化，通过热效应进行加工。而离子本身质量较大，速度较低，撞击工件材料时，将引起变形、分离、破坏等机械作用。离子加速到几十电子伏到几千电子伏时，主要用于离子溅射加工；如果加速到一万到几万电子伏，且离子入射方向与被加工表面成25°～30°角时，则离子可将工件表面的原子或分子撞击出去，以实现离子铣削、离子蚀刻或离子抛光等，当加速到几十万电子伏或更高时，离子可穿入被加工材料内部，称为离子注入。
离子束加工具有下列的特点：
1）易于精确控制 由于离子束可以通过离子光学系统进行扫描，使离子束可以聚焦到光班直径1μm以内进行加工，同时离子束流密度和离子的能量可以精确控制，因此能精确控制加工效果，如控制注入深度和浓度。抛光时，可以一层层地把工件表面的原子抛掉，从而加工出没有缺陷的光整表面。此外，借助于掩膜技术可以在半导体上刻出小于1μm宽的沟槽。
2）加工洁净 因加工是在真空中进行，离子的纯度比较高，因此特别适合于加工易氧化的金属、合金和半导体材料等。
3）加工应力变形小 离子束加工是靠离子撞击工件表面的原子而实现的，这是一种微观作用，宏观作用力很小，不会引起工件产生应力和变形，对脆性、半导体、高分子等材料都可以加工。